Антропоморфный манипулятор для использования на беспилотном летательном аппарате

Изобретение относится к антропоморфному манипулятору, используемому в качестве механизма захвата на беспилотном летательном аппарате БПЛА. Манипулятор содержит блок управления, первый П-образный кронштейн, на котором закреплен первый сервопривод, на валу которого первым концом установлен Х-образный кронштейн, на втором конце которого закреплен второй сервопривод, на валу которого установлены плечо манипулятора, локтевой сустав, предплечье, кистевой сустав, запястье и кисть. Локтевой сустав выполнен заодно с плечом и представляет собой второй П-образный кронштейн с закрепленным в нем третьим сервоприводом, на валу которого установлено предплечье. Кистевой сустав выполнен в виде планки, на одном конце которой закреплен третий П-образный кронштейн с закрепленным в нем четвертым сервоприводом, вал которого установлен в четвертом П-образном кронштейне, установленном на валу пятого сервопривода, закрепленного на предплечье, а на втором конце упомянутой планки закреплен шестой сервопривод, на валу которого шарнирно закреплена кисть с пятью подвижными пальцами, выполненная с возможностью захвата предметов. Изобретение обеспечивает возможность его использования совместно с БПЛА для транспортирования небольших грузов, а также для выполнения манипуляций в опасных для человека зонах. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к робототехнике, а именно к захватным головкам, приводимым действие сервомеханизмами, и может быть использовано в качестве механизма захвата высокой степени точности для переноса объектов беспилотными летательными аппаратами.

Из уровня техники известен манипулятор (SU 1546248 A1, МПК B25J 3/04, опубл. 28.02.1990), содержащий основание, ложемент под локоть оператора и рукоятку для кисти, при этом ложемент и рукоятка между собой и основанием кинематически связаны рычажно-шарнирным механизмом с возвратными пружинами, а каждый механизм представляет собой рычаг с двумя взаимно перпендикулярными шарнирами. Ложемент, кроме того, дополнительно соединен с основанием шарнирным параллелограммом.

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции в силу избыточного количества звеньев-элементов шарнирно-рычажных механизмов и кинематических пар.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан антропоморфный манипулятор (RU 146552 U1, МПК B25J 3/00, опубл. 10.10.2014). Механизм содержит исполнительное и задающее устройства, выполненные с возможностью закрепления, соответственно, на основании и корпусе оператора, и приборы для замера относительного движения звеньев задающего устройства. Задающее устройство выполнено по схеме, включающей плечо, предплечье и кисть, причем на предплечье размещен ложемент для соединения его с предплечьем оператора, а плечо образовано двумя звеньями с возможностью соединения первого из них с корпусом оператора через универсальный шарнир, а второго - с предплечьем.

Недостатком манипулятора является его низкая технологичность, обусловленная сложностью конструкции механизма, что дополнительно увеличивает вес и стоимость устройства.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка антропоморфного манипулятора, предназначенного для использования в качестве механизма захвата на беспилотном летательном аппарате.

Указанная задача решена тем, что антропоморфный манипулятор содержит первый П-образный кронштейн, выполненный с возможностью закрепления на корпусе беспилотного летательного аппарата (БПЛА), на котором закреплен первый сервопривод, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси X. На валу первого сервопривода первым концом установлен Х-образный кронштейн, на втором конце которого закреплен второй сервопривод, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси Y. На валу второго сервопривода установлены подвижные звенья, включающие в себя плечо манипулятора, локтевой сустав, предплечье, кистевой сустав, запястье и кисть. При этом локтевой сустав выполнен заодно с плечом и представляет собой второй П-образный кронштейн с закрепленным в нем третьим сервоприводом, на валу которого установлено предплечье. Кистевой сустав выполнен в виде планки, на одном конце которой закреплен третий П-образный кронштейн с закрепленным в нем четвертым сервоприводом, вал которого установлен в четвертом П-образном кронштейне, установленном на валу пятого сервопривода, закрепленного на предплечье, а на втором конце упомянутой планки закреплен шестой сервопривод, на валу которого шарнирно закреплена кисть, содержащая пять подвижных пальцев, управляемых микросервоприводами, выполненная с возможностью захвата предметов. Дополнительно манипулятор снабжен блоком управления, выполненным на основе микроконтроллера, силовые выходы которого подключены к сервоприводам и микросервоприводам манипулятора.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков антропоморфного манипулятора, является возможность его установки на беспилотные летательные аппараты для транспортирования небольших грузов. Это достигается за счет большого числа степеней свободы подвижных звеньев и пальцев кисти манипулятора. Дополнительным техническим результатом является возможность использования устройства совместно с БПЛА для выполнения манипуляций в опасных для человека зонах.

Конструкция антропоморфного манипулятора поясняется чертежом, где на фигуре показан его внешний вид в изометрии.

Антропоморфный манипулятор устроен следующим образом. Его основой является первый П-образный кронштейн 1, выполненный с возможностью закрепления на корпусе беспилотного летательного аппарата (БПЛА), на котором закреплен первый сервопривод 2, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси X. На валу первого сервопривода 2 первым концом установлен Х-образный кронштейн 3, на втором конце которого закреплен второй сервопривод 4, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси Y. На валу второго сервопривода 4 установлены подвижные звенья, включающие в себя плечо манипулятора 5, локтевой сустав 6, предплечье 7, кистевой сустав 8, запястье 9 и кисть 10. При этом локтевой сустав 6 выполнен заодно с плечом 5 и представляет собой второй П-образный кронштейн с закрепленным в нем третьим сервоприводом 11, на валу которого установлено предплечье 7. Кистевой сустав 8 выполнен в виде планки, на одном конце которой закреплен третий П-образный кронштейн 12 с закрепленным в нем четвертым сервоприводом 13, вал которого установлен в четвертом П-образном кронштейне 14, установленном на валу пятого сервопривода 15, закрепленного на предплечье 7, а на втором конце упомянутой планки закреплен шестой сервопривод 16, на валу которого шарнирно закреплена кисть 10, содержащая пять подвижных пальцев 17, управляемых микросервоприводами (на фигурах условно не показаны), выполненная с возможностью захвата предметов.

Плечо 5 и предплечье 7 выполнены в виде пустотелых продуваемых бочкообразных каркасов с использованием ребер жесткости с отверстиями, что обеспечивает нахождение центра тяжести в середине звеньев, кроме того позволяет реализовать конструкцию достаточно легкой с удовлетворительными аэродинамическими характеристиками. Звенья манипулятора могут быть изготовлены, например, из пластика с помощью 3D-печати.

В качестве сервоприводов в сочленениях целесообразно применять двуосные сервоприводы с механизмом саморегуляции для достижения стабильности позиционирования манипулятора под нужным углом (таблица 1).

Микроконтроллер блока управления (на фигуре условно не показан) может быть выполнен на основе микросхемы STM8L152, построенной на высокопроизводительном ядре STM8, и содержит микропроцессорное ядро, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM, универсальными восьмиразрядными двунаправленными портами ввода-вывода, подключенными к силовым выходам блока управления, и универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком USART, к которому подключен радиомодуль, в качестве которого целесообразно использовать микросхему НС-12.

Антропоморфный манипулятор работает следующим образом. Первоначально манипулятор закрепляют на корпусе беспилотного летательного аппарата с помощью первого П-образного кронштейна 1. Далее подключают блок управления к бортовой электрической сети летательного аппарата, а силовые выходы блока управления соединяют с сервоприводами плеча, предплечья и суставов, а также к микросервоприводам, управляющим пальцами кисти. Рабочую частоту радиомодуля блока управления выбирают в диапазоне от 433,4 до 473,0 МГц, настраивая аналогичным образом командный передатчик беспилотного летательного аппарата.

При выполнении полетного задания, связанного с транспортировкой груза, с помощью радиоканала с наземной станции управления беспилотным летательным аппаратом беспилотному летательному аппарату передают последовательность команд на выполнение маневра снижения над грузом и выполнения его захвата и подъема манипулятором. Командный передатчик ретранслирует полученные команды блоку управления антропоморфного манипулятора, а последний преобразует их в последовательность управляющих импульсов и передает через силовые выходы на сервоприводы и микросервоприводы манипулятора, обеспечивая тем самым надежный захват груза и его подъем.

При достижении беспилотным летательным аппаратом пункта назначения ему передают последовательность команд на выполнение маневра снижения. Аналогично описанному выше командный передатчик ретранслирует полученные команды блоку управления антропоморфного манипулятора, а последний преобразует их в последовательность управляющих импульсов и передает через силовые выходы на сервоприводы и микросервоприводы манипулятора, обеспечивая разжим его звеньев и опускание груза на погрузочно-разгрузочную площадку.

1. Антропоморфный манипулятор для использования на беспилотном летательном аппарате, содержащий первый П-образный кронштейн, выполненный с возможностью закрепления на корпусе беспилотного летательного аппарата, на котором закреплен первый сервопривод, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси X, на валу первого сервопривода первым концом установлен Х-образный кронштейн, на втором конце которого закреплен второй сервопривод, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси Y, на валу второго сервопривода установлены подвижные звенья, включающие в себя плечо манипулятора, локтевой сустав, предплечье, кистевой сустав, запястье и кисть, отличающийся тем, что локтевой сустав выполнен заодно с плечом и представляет собой второй П-образный кронштейн с закрепленным в нем третьим сервоприводом, на валу которого установлено предплечье, кистевой сустав выполнен в виде планки, на одном конце которой закреплен третий П-образный кронштейн с закрепленным в нем четвертым сервоприводом, вал которого установлен в четвертом П-образном кронштейне, установленном на валу пятого сервопривода, закрепленного на предплечье, а на втором конце упомянутой планки закреплен шестой сервопривод, на валу которого шарнирно закреплена кисть, содержащая пять подвижных пальцев, управляемых микросервоприводами, выполненная с возможностью захвата предметов, при этом дополнительно манипулятор снабжен блоком управления, выполненным на основе микроконтроллера, силовые выходы которого подключены к сервоприводам и микросервоприводам манипулятора.

2. Антропоморфный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что плечо и предплечье выполнены в виде пустотелых продуваемых бочкообразных каркасов с использованием ребер жесткости с отверстиями.

3. Антропоморфный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сервоприводов применены двуосные сервоприводы с механизмом саморегуляции для достижения стабильности позиционирования манипулятора под нужным углом работы.

4. Антропоморфный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что микроконтроллер блока управления содержит микропроцессорное ядро, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM, универсальными восьмиразрядными двунаправленными портами ввода-вывода, подключенными к силовым выходам блока управления, и универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком USART, к которому подключен радиомодуль.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к узлам отсеков хранения внутри транспортных средств и направлено на осуществление возможности хранения большего количества ручной клади в отсеке хранения.
Универсальный модуль полезной нагрузки беспилотного летательного аппарата содержит короб с крышкой, блок управления с навигационной системой и двигателем. Лицевая часть крышки содержит крепление для фиксации на корпусе беспилотного летательного аппарата, парашют и блок его раскрытия.
Универсальный модуль полезной нагрузки беспилотного летательного аппарата содержит короб с крышкой, выполненный с возможностью крепления на корпусе беспилотного летательного аппарата, а также оборудованный амортизирующей прокладкой на дне короба, запирающим устройством, ракетницей и фонарем, встроенным в крышку короба.
Универсальный модуль полезной нагрузки беспилотного летательного аппарата содержит короб с крышкой, выполненный в виде термоса, лицевая часть которого выполнена с возможностью фиксации на корпусе беспилотного летательного аппарата, а также оборудованный амортизирующей прокладкой, выполненной с возможностью съема, запирающим устройством, разделителями во внутреннем пространстве корпуса для размещения аккумуляторов холода и встроенной внутренней подсветки, ракетницей, фонарем, встроенным в крышку короба.
Изобретение относится к авиации. Способ перевозки авиапассажиров воздушным транспортом из аэропорта отправления в пункт прибытия включает в себя посадку авиапассажиров на воздушный транспорт в автомобилях, жесткое закрепление автомобилей в грузовом отсеке воздушного транспорта со сложенными лопастями соосных винтов, закрепленных на крыше автомобиля.

Изобретение относится к авиационным подвесным контейнерам. Авиационный подвесной контейнер содержит обтекатели (3), стрингеры, шпангоуты, формирующие ниши (6) для размещения оборудования, а также узлы подвески (8) и крышку (9) ниш, три пары убирающихся шасси, ленточная лебедка и водило.

Группа изобретений относится к силовым уравновешивающим механизмам для нагруженных деталей и/или нагрузок. Согласно одному варианту осуществления силовой уравновешивающий механизм включает в себя по меньшей мере одну зубчатую рейку, по меньшей мере один пружинный узел, содержащий пружинную деталь, функционально соединенную с по меньшей мере одной зубчатой рейкой, ведущую шестерню, зацепленную с по меньшей мере одной зубчатой рейкой; и кулачок изменяемого радиуса.

Изобретение относится к грузовому оборудованию летательных аппаратов. Грузовой трап (3), выдвигаемый из переднего грузолюка, содержит минимум две секции и оборудование системы для их перемещения из рабочего в полетное положение.

Изобретение относится к транспортировке груза в воздушном летательном аппарате (ЛА) и касается загрузки грузовых контейнеров в воздушный ЛА. ЛА содержит верхний пассажирский отсек и нижний грузовой отсек, разделенные полом.

Изобретение относится к подъемно-транспортному оборудованию. Управляемый колесный погрузочно-разгрузочный комплекс для транспортных самолетов, оборудованных грузовой рампой, содержит комплект из не менее четырех управляемых по высоте и направлению движения колесных опор (1), оборудованных управляемыми и неуправляемыми колесными модулями.

Изобретение относится к области робототехники, в частности к манипуляторам для перемещения полупроводниковых пластин. Задача изобретения заключается в создании прецизионного манипулятора для транспортировки полупроводниковых пластин в производстве изделий электронной техники.

Изобретение относится к балансирному пневматическому манипулятору. Манипулятор содержит опорное устройство с узлом, выполненным с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, шарнирный параллелограммный механизм с рукой, совершающей маховые движения, пневматический линейный привод, действующий между поворотным узлом и шарнирным параллелограммным механизмом, заставляя руку поворачиваться вокруг оси колебаний, салазки, соединенные с приводом и установленные с возможностью скольжения на поворотном узле посредством первых прямолинейных направляющих средств, проходящих в первом заданном направлении, вторые прямолинейные направляющие средства, выполненные за одно целое с салазками и проходящие во втором направлении, перпендикулярном первому направлению, и зацепляющий элемент, установленный на руке и выполненный с возможностью зацепления со вторыми направляющими средствами.

Изобретение относится к конструкции манипулятора, предназначенного для работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах в дистанционном режиме.

Изобретение относится к станкостроению, а именно к манипуляторам, предназначенным для использования в прецизионных станках и измерительных машинах. Устройство для позиционирования исполнительного органа 6 внутри рабочей зоны 7 содержит базовую раму 1 и платформу 4 для размещения исполнительного органа 6 с рабочей точкой 8.

Изобретение относится к гексаподной платформе. Гексаподная платформа содержит основание, перемещающуюся верхнюю платформу и шесть силовых цилиндров.

Изобретение относится к машиностроению. Технический результат - повышение универсальности.

Изобретение относится к электротехнике и может применяться в роботах. .

Изобретение относится к области колесной транспортной технике, в частности к мобильной робототехнике. .

Изобретение относится к области мобильной робототехники, в частности к техническим средствам сбора нефти. .

Изобретение относится к робототехнике, точнее к приводам манипуляторов с внешними магнитными системами, установленными на региональных степенях подвижности. .

Изобретение относится к манипулятору с рукой (5) манипулятора, на свободном конце (6) которой предусмотрен фланец (8) манипулятора, на котором установлен концевой эффектор (46) с аппликационным устройством (9.1, 9.2, 9.3) для обработки заготовки (37), причем фланец (8) манипулятора установлен с возможностью вращения вокруг осей (20, 21, 22) кисти, и первая ось (20) кисти проходит в направлении продольной оси (18) руки (5) манипулятора, вторая ось (21) кисти проходит поперек первой оси (20) кисти, а третья ось (22) кисти проходит поперек второй оси (21) кисти, отличающийся тем, что концевой эффектор (46) установлен с возможностью вращения на кистевом шарнире (7) руки (5) манипулятора, при этом концевой эффектор (46) содержит несколько аппликационных устройств (9.1, 9.2, 9.3), следующих друг за другом в окружном направлении на боковой поверхности (38) воображаемого конуса (39), причем аппликационное устройство (9.1, 9.2, 9.3) установлено с возможностью перемещения в активное рабочее положение за счет вращения фланца (8) манипулятора вокруг третьей оси (22) кисти.
Наверх